CN102121862B

CN102121862B - 一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法及轮胎平衡机

Info

Publication number: CN102121862B
Application number: CN 201010579825
Authority: CN
Inventors: 刘均; 林钢
Original assignee: Shenzhen Launch Software Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Launch Software Co Ltd
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: CN102121862A

Abstract

本发明实施例公开了一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法，包括：实时检测与轮胎相连接的主轴在转动过程中的感应电信号；当所述主轴的转速达到预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时，根据预设的采样信息对所述感应电信号进行采样，获得离散数据；根据所述离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位；根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。本发明实施例还公开了一种轮胎平衡机。采用本发明，可简单方便地测量并计算得到高精度的动平衡的不平衡量的大小和相位。

Description

一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法及轮胎平衡机

技术领域

本发明涉及轮胎动平衡测量领域，尤其涉及一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法及轮胎平衡机。

背景技术

随着中国汽车工业的发展，对轮胎平衡机的需求越来越大，但国内对轮胎平衡机的研发和生产相对比校落后。

不平衡是由于惯性力或离心惯性力没有消除造成的。不平衡量是矢量。在轮胎制造过程中轮胎的重心不与旋转轴中心重合，其绕车轴旋转时，在各个方向上产生大小不同的惯性力。轮胎不平衡分为两种：静不平衡和偶不平衡。存在静不平衡的轮胎在高速旋转时会产生交变的径向力，偶不平衡量产生交变的侧向力，从而导致车辆在行驶过程中产生上下颠簸和左右摆动，影响车轮舒适性和安全性，加快汽车零部件损坏，增加油耗和对环境的污染，更严重的甚至引发交通事故。轮胎的动平衡性能是衡量轮胎质量好坏的重要指标。轮胎平衡机就是通过测量轮胎的不平衡量的大小和位置，然后指示人们对轮胎作补偿使轮胎达到平衡的仪器。

动平衡的测量按支承特性的不同可以分为软支承和硬支承。软支承的平衡转速高于转子-支承系统的固有频率，传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。硬支承的平衡转速低于转子-支承系统的固有频率，支承刚度大，传感器检测出的信号与支承的振动力成正比。轮胎平衡机的工作转速比校低，远低于转子-支承系统的固有频率，属于硬支承平衡机。

目前的轮胎动平衡的实际测量过程中，由于不确定因素较多，使得检测数据的误差较大，这样一来，增加了动平衡的检测时间和难度，影响到轮胎检测效率及测量准确度。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法及轮胎平衡机，可简单方便地测量并计算得到高精度的动平衡的不平衡量的大小和相位。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法，包括：

实时检测与被检测轮胎相连接的主轴在转动过程中产生的感应力，获得与所述感应力对应的感应电信号；

当所述主轴的转速达到或超过预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时，根据预设的采样信息对所述感应电信号进行采样，获得离散数据；

根据所述离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位；

根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，并根据所述计算得到的感应电信号的幅度和相位计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；

根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

优选地，所述根据所述离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位的步骤，包括：

对得到的所述离散数据做FIR低通滤波算法处理，其中，经过所述FIR低通滤波算法处理后得到的离散数据包括：a₀、a₁、a₂、……、a_mn-1，其中，m为采样速度阈值，n为采样次数阈值；

对做FIR低通滤波算法处理后得到的离散数据进行算术平均运算，根据（a₀+a₁+a₂+……+a_mn-1）/mn得到平均值A₁，并将所有的离散数据分别减去所述平均值A₁得到第一组中间数据：b₀、b₁、b₂、……、b_mn-1；

根据c_k=（b_k+b_m+k+b_m*2+k+……+b_m*（n-1)+k）/n对所述第一组中间数据进行计算得到第二组中间数据：c₀、c₁、c₂、……、c_m-1；

对第二组中间数据中相差32个位置的数据做平方和运算，得到第三组中间数据：d₀、d₁、d₂、……、d_m/2-1；

对所述第三组中间数据根据（d₀+d₁+d₂+……+d_m/2-1）/（m/2-1）得到平均值A₂，对所述A₂开平方根，得到的正值即为相应感应电信号的幅度E；

根据所述第三组中间数据，并根据公式arcsin（c₀/E），确定相应感应电信号的相位。

优选地，所述当所述主轴的转速达到预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时具体是根据以下步骤判断得到：

通过光栅传感器检测所述主轴的转动角信息，根据所述转动角信息和时间值计算得到主轴的转速，并将所述转速与所述预设的转速阈值进行比校以判断所述主轴的转速是否达到预设的转速阈值，其中，所述主轴上的标识转动到所述光栅传感器所在的位置时转动角度计为0度，转动一周即转动角度为360度时定义为一个周期。

优选地，所述预设的采样信息包括采样速度阈值和采样周期数。

相应地，本发明实施例还提供了一种轮胎平衡机，包括：

压力传感器，用于检测与被检测轮胎相连接的主轴在转动过程中产生的感应力，获得与所述感应力对应的感应电信号；

采样模块，用于当所述主轴的转速达到或超过预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时，根据预设的采样信息对所述压力传感器检测获得的感应电信号进行采样，获得离散数据；

运算模块，用于根据所述离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位；根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，并根据所述计算得到的感应电信号的幅度和相位，计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；以及根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

优选地，所述运算模块包括：

低通滤波算法处理单元，用于对所述采样模块获得的所述离散数据做FIR低通滤波算法处理，其中，经过所述FIR低通滤波算法处理后得到的离散数据包括：a₀、a₁、a₂、……、a_mn-1，其中，m为采样速度阈值，n为采样次数阈值；

算术平均运算处理单元，用于对由所述低通滤波算法处理单元进行FIR低通滤波算法处理后得到的离散数据进行算术平均运算，根据（a₀+a₁+a₂+……+a_mn-1）/mn得到平均值A₁，并将所有的离散数据分别减去所述平均值A1得到第一组中间数据：b₀、b₁、b₂、……、b_mn-1；

第一计算单元，用于根据c_k=（b_k+b_m+k+b_m*2+k+……+b_m*（n-1)+k）/n对所述算术平均运算处理单元计算获得的第一组中间数据进行计算得到第二组中间数据：c₀、c₁、c₂、……、c_m-1；

第二计算单元，用于对所述第一计算单元计算获得的第二组中间数据中相差32个位置的数据做平方和运算，得到第三组中间数据：d₀、d₁、d₂、……、d_m/2-1；

第三计算单元，用于对所述第二计算单元计算获得的所述第三组中间数据根据（d₀+d₁+d₂+……+d_m/2-1）/（m/2-1）得到平均值A₂，对所述A₂开平方根，得到的正值即为相应感应电信号的幅度E；

相位计算单元，根据所述第三组中间数据，并根据公式arcsin（c₀/E），确定相应感应电信号的相位；

感应力计算单元，用于根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，并根据所述第三计算单元和相位计算单元计算得到的感应电信号的幅度和相位，计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；

不平衡量运算单元，用于根据所述感应力计算单元计算得到的感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

优选地，还包括：光栅传感器，用于检测所述主轴的转动角信息；转动运算模块，用于根据所述转动角信息和时间值计算得到主轴的转速，并将所述转速与所述预设的转速阈值进行比校以判断所述主轴的转速是否达到预设的转速阈值，其中，所述主轴上的标识转动到所述光栅传感器所在的位置时的转动角度计为0度，转动一周即转动角度为360度时定义为一个周期。

优选地，所述压力传感器包括用于检测所述主轴上的由于轮胎旋转所产生的径向力得到相应的感应电信号的第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器设置在所述主轴上的具有一定距离的两个特定位置上。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

通过根据用户预设的包括采样速度阈值和采样周期数的采样信息对压力传感器检测得到的感应电信号进行采样，得到数量较大的离散数据，再对大量的离散数据进行运算，便可得到较为精确的所述感应电信号的幅度和相位，从而最终计算得到较为精确的相应校正面上的不平衡量的大小，克服了由于不确定因素较多导致检测得到的相应校正面上的不平衡量的误差较大的缺陷，可简单方便地测量并计算得到高精度的动平衡的不平衡量的大小和相位。

附图说明

图1是本发明实施例的轮胎平衡机的结构组成示意图；

图2是本发明实施例的轮胎动平衡的不平衡量测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，是本发明实施例的轮胎平衡机的结构组成示意图，所述轮胎平衡机包括：压力传感器1、采样模块2、光栅传感器3、转动运算模块4以及运算模块5，其中：

压力传感器1，用于检测与被检测轮胎相连接的主轴在转动过程中产生的感应力，获得与所述感应力对应的感应电信号；

具体实现时，所述压力传感器1包括：第一压力传感器11和第二压力传感器12，其用于检测所述主轴上的由于轮胎旋转所产生的感应力如径向力，得到相应的感应电信号。

本发明是通过两个压力传感器检测与轮胎相连接的主轴在转动过程中两个不同位置上感应力所对应的感应电信号，其中，原始的感应电信号为一个近似的正弦信号。

采样模块2，用于当所述主轴的转速达到或超过预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时，根据预设的采样信息对所述压力传感器1检测获得的感应电信号进行采样，获得离散数据；

所述第一压力传感器11和第二压力传感器12与所述采样模块2相连接；

具体的，如图1所示，轮胎平衡机可通过设置光栅传感器3对主轴的转速进行监测，以检测所述主轴的转动角信息，具体的，可设置位置固定的第一光栅传感器以监测所述主轴是否过0度（达到特定位置）及其转动的周期数，设置随所述主轴的转动而转动的第二光栅传感器用于监测所述主轴在转动过程中的转动角度信息。具体的，可在所述主轴上设置一标识，当所述主轴上的标识转动到所述第一光栅传感器所在的位置时的转动角度计为0度，转动一周即转动角度为360度时定义为一个周期；相应的转动运算模块4根据所述转动角度信息结合时间值得到所述主轴在单位时间内转动的转速；所述转速阈值可根据用户的需要进行设置，例如设置160转/分钟，当所述转动运算模块4计算得到的所述主轴的转速达到或超过160转/分钟，且同时所述第一光栅传感器检测得到主轴的标识再次过0度即所述主轴的标识达到所述第一光栅传感器所在的位置（特定位置）时，所述采样模块2开始对所述第一压力传感器11和所述第二压力传感器12当前感应得到的感应电信号分别进行采样处理，其中，用户可预先设置包括采样速度阈值和采样周期数的采样信息存储在存储模块中，所述采样模块2根据所述采样信息进行采样得到相应的离散数据，用户预设的采样速度阈值越大、采样周期数越多，可使得所述运算模块5最终得到的相应校正面上的不平衡量的大小和相位的精度越高。

得到所述离散数据后，可将所述第一压力传感器11和所述第二压力传感器12的感应电信号所对应的离散数据分别存储在存储模块中，以供所述运算模块5运算得到两个感应电信号各自所对应的感应力的大小和相位以及轮胎的不平衡量的大小和相位。

运算模块5，用于根据所述采样模块2得到的离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位；根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；以及根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

具体的，所述运算模块5具体包括以下单元进行分别对各个感应电信号进行运算得到相应压力传感器的感应电信号的幅度和相位：

算术平均运算处理单元，用于对由所述低通滤波算法处理单元进行FIR低通滤波算法处理后得到的离散数据进行算术平均运算，根据（a₀+a₁+a₂+……+a_mn-1）/mn得到平均值A₁，并将所有的离散数据分别减去所述平均值A₁得到第一组中间数据：b₀、b₁、b₂、……、b_mn-1；

相位计算单元，根据所述第三组中间数据，并根据公式arcsin（c₀/E），确定相应感应电信号的相位。

所述运算模块5分别计算得到所述第一压力传感器11和所述第二压力传感器12的感应电信号的幅度和相位后，继续采用以下单元进行现有的感应力和平衡量的计算：

不平衡量运算单元，用于根据所述感应力计算单元计算得到的感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位，所述不平衡量运算单元根据感应力计算单元计算得到的所述第一压力传感器11和所述第二压力传感器12得到的感应电信号所对应的感应力的大小和相位后，根据平衡原理和上述两个压力传感器之间所对应的特定位置之间的距离，便可计算轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

上述的采样模块2、转动运算模块4以及运算模块5可集成在一个处理器中，用户预设的转速阈值，预设的包括采样速度阈值和采样周期数的采样信息，以及所述第一压力传感器11和所述第二压力传感器12的感应电信号所对应的离散数据均可存储在所述处理器内部的存储模块。

需要说明的是，本实施例中压力传感器包括第一压力传感器11和第二压力传感器12，以得到主轴在不同位置产生的感应力如径向力，得到感应电信号，在具体实施时，也可包括多个压力传感器用于检测感应力，得到相应的感应电信号。

通过上述实施例的描述，本发明具有以下优点：

下面对本发明的轮胎动平衡的不平衡量测量方法进行说明。

请参见图2，是本发明实施例的轮胎动平衡的不平衡量测量方法的流程示意图，该方法包括：

S201：实时检测与被检测轮胎相连接的主轴在转动过程中产生的感应力，获得与所述感应力对应的感应电信号；

可通过压力传感器检测与轮胎相连接的主轴在转动过程中的感应电信号，具体的，可采用两个压力传感器分别设置在所述主轴上的一定距离范围内的两个特定位置上，用于感测不同位置的感应力如径向力得到相应的感应电信号，其中，原始的感应电信号为一个近似的正弦信号。

具体实施时，S201可包括以下两个步骤的任意一个或者两者的组合以获取对应的感应力的感应电信号，即实时检测所述主轴上的由于轮胎旋转所产生的感应力，得到相应的感应电信号。

S202：当所述主轴的转速达到或超过预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时，根据预设的采样信息对所述感应电信号进行采样，获得离散数据；

轮胎平衡机可通过设置光栅传感器对主轴的转速进行监测，以检测所述主轴的转动角信息。具体的，可设置两个光栅传感器，一个传感器位置固定，一个传感器随所述主轴旋转而转动，同时在所述主轴上设置一标识，当所述主轴上的标识转动到位置固定的光栅传感器所在的位置时的转动角度计为0度，转动一周即转动角度为360度时定义为一个周期，所述随主轴旋转的光栅传感器得到主轴旋转过程中的转动角度信息，相应的转动运算模块根据所述转动角度信息结合时间值得到所述主轴在单位时间内转动的转速。

所述转速阈值可根据用户的需要进行设置，例如设置160转/分钟，当相应的转动运算模块计算得到的所述主轴的转速达到或超过160转/分钟的阈值，且同时所述光栅传感器检测得到主轴的标识再次过0度时，所述S202开始对两个压力传感器感应得到的感应电信号分别进行采样处理；

用户可预先设置包括采样速度阈值和采样周期数的采样信息存储在存储模块中，所述S202根据所述采样信息进行采样得到相应的离散数据，其中，用户预设的采样速度阈值越大、采样周期数越多，可使得最终得到的相应校正面上的不平衡量的大小和相位的精度越高。

得到所述离散数据后，可将两个压力传感器的感应电信号所对应的离散数据分别存储在存储模块中，以供后续分别对所述离散数据运算得到相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

S203：根据所述离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位；

其中，S230计算得到所述感应电信号的幅度和相位的步骤具体包括：

具体的，以一实例进行说明，在用户设置的采样信息中，采样周期数为采样8个周期，即所述主轴转动8转后，两个压力传感器所检测到的感应电信号；采样速度阈值为每一个周期采样64个点即64个点/周期。则计算过程为：

第一步，把采样数据存储在处理器的内存中，然后寻址方式调出数据，做FIR低通滤波算法处理（所要的信号频率约为2.67HZ）。做FIR滤波处理的目的是滤除干扰频率，干扰频率一般由电路和机械两个部分组成。电路噪声一般主要由环境噪声和电源噪声（50/60HZ）带来，机械噪声则是由于机箱结构等带来的，由于本系统是硬支承结构，支承系统的固有频率远大于我们所要的信号频率，故低通截止频率可以选择20HZ，也尽量减少滤波器阶数，在性能和复杂度之间做个折中，降低处理器的运算负担。

第二步，经过低通滤波处理后的数据为a₀,a₁,a₂,.......a_n-1,....，a₅₁₁，先把512个数据做算术平均，即（a₀+a₁+a₂+.......a₅₁₁）/512，记为A_ave，目的是为了减小随机噪声对数据的影响。这个数据作为从模拟电路过来的直流分量，因为在模拟数据处理的时候考虑模拟/数字转换的动态范围，在传感器感应原始信号中加入直流分量。所有数据都减去A_ave，得到新的512个数据b₀,b₁,b₂.......,b₅₁₁。

第三步，对8个周期内采样每个采样点的离散数据做算术平均，计算公式为：c_n=(b_n+b_64+n+b_64*2+n+b_64*3+n+b_64*4+n+b_64*5+n+b_64*6+n+b_64*7+n)/8，以此滤除随机噪声的影响，得到新的一组数据c₀,c₁,c₂,…c₆₃。

第四步，把相差32个位置的数据做平方和运算，即c_n ²+c_n+32 ²得到的数据包括：d₀,d₁,d₂......,d₃₁，然后将该组数据做算术平均(d₀+d₁+d₂+......+d₃₁)/32，即为我们所要求的压力传感器感应电信号幅度的平方。开根号取正值就求出幅度值E。

第五步，相位信号为arcsin(c₀/E)，但有两个值，相位信号可能在两个象限都有可能，即第一、二象限或第三、四象限，需要根据数据判断所在象限位置，如c₀/E为正，则在第一、二象限，则通过判断c₃₂数据就可确定相位所在的象限了。

S204：根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，并根据所述计算得到的感应电信号的幅度和相位计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；

S205：根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

具体的，其中，若设置了两个压力传感器，则S202分别对两个传感器的感应电信号进行采样并将对应的离散数据保存在存储器中，所述S203分别对两个信号进行运算，得到两个压力传感器所感应的到的感应电信号所对应的两个位置处的感应力即径向力的大小和相位，然后根据感应力的大小和相位结合平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位。

通过上述实施例的描述可知，本发明具有以下优点：

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所揭露的仅为本发明校佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种轮胎动平衡的不平衡量测量方法，其特征在于，包括：

根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位;

其中所述根据所述离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位的步骤，包括：

对所述第三组中间数据根据（d₀+d₁+d₂+……+d_m/2-1）/（m/2-1）得到平均值A₂，对所述A₂开平方根，得到的正值即为感应电信号的幅度E；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述主轴的转速达到预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时具体是根据以下步骤判断得到：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的采样信息包括采样速度阈值和采样周期数。

4.一种轮胎平衡机，其特征在于，包括：压力传感器、采样模块以及运算模块，其中，

所述压力传感器，用于检测与被检测轮胎相连接的主轴在转动过程中产生的感应力，获得与所述感应力对应的感应电信号；

所述采样模块，用于当所述主轴的转速达到或超过预设的转速阈值，且所述主轴上的标识达到特定位置时，根据预设的采样信息对所述压力传感器检测获得的感应电信号进行采样，获得离散数据；

所述运算模块，用于根据所述采样模块获得的离散数据，计算得到所述感应电信号的幅度和相位；根据感应力和感应电信号之间对应关系的线性模型，并根据所述计算得到的感应电信号的幅度和相位，计算得到所述感应电信号对应的感应力的大小和相位；以及根据所述感应力的大小和相位，并根据平衡原理计算出所述轮胎在相应校正面上的不平衡量的大小和相位；

其中所述运算模块包括：

5.如权利要求4所述的轮胎平衡机，其特征在于，还包括：光栅传感器，转动运算模块，其中，

所述光栅传感器，用于检测所述主轴的转动角信息；

所述转动运算模块，用于根据所述转动角信息和时间值计算得到主轴的转速，并将所述转速与所述预设的转速阈值进行比校以判断所述主轴的转速是否达到预设的转速阈值，其中，所述主轴上的标识转动到所述光栅传感器所在的位置时的转动角度计为0度，转动一周即转动角度为360度时定义为一个周期。

6.如权利要求5所述的轮胎平衡机，其特征在于，所述压力传感器包括用于检测所述主轴上的由于轮胎旋转所产生的径向力得到相应的感应电信号的第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器设置在所述主轴上的具有一定距离的两个特定位置上。

7.如权利要求6所述的轮胎平衡机，其特征在于，所述预设的采样信息包括采样速度阈值和采样周期数。